潘雅靜

一個不可能的實驗

“薛定諤的貓”是一個許多人耳熟能詳的故事，有些人甚至能夠將它完整地背下來。

然而真正能夠了解這個故事及其背景的人卻並不多，如果你真的希望誰複製這個實驗，去抓只貓來試一試的話，那就說明你真的不懂它。

薛定諤並沒有打算做這個實驗，他甚至不認為這個實驗能夠成功，因為他闡述的是一個悖論，用了當時科學家們最拿手的思想實驗的方式。在薛定諤的貓身上，有強烈的不滿，我們甚至能感覺到些許諷刺。

（薛定諤的貓）

量子力學流派的對撞

埃爾溫·薛定諤是一個偉大的物理學家、概率量子力學——波動力學的創始人，是現代量子力學的主要奠基人之一。薛定諤因他的薛定諤方程獲得諾貝爾物理學獎。

薛定諤是一個實在論者，他提出過兩條基本原則：一是自然的可理解性原則，二是客觀化原則。薛定諤在他的科學研究中也始終堅持這兩條原則。正因為如此，它造成了薛定諤與玻爾為首的量子力學哥本哈根學派之間的激烈碰撞。

（哥本哈根學派：玻爾、海森堡與泡利）

我們先來簡單介紹一下哥本哈根學派，它是玻爾、海森堡和波恩為首在哥本哈根所創立的學派，代表人物還有大名鼎鼎的泡利、狄拉克等科學家。他們是量子力學理論最後的贏家，因此哥本哈根學派的量子力學觀點後來被冠以“正統解釋”的帽子（據說是因為反對者都先死了）。但是在一開始，波爾和海森堡的“不確定性原理”還是引發了一大波反對聲的。

其中最激烈的兩個反對者就是薛定諤和愛因斯坦。薛定諤拎出了貓，而愛因斯坦更是搬出了“上帝”。

（愛因斯坦與薛定諤）

提到薛定諤，就不能不提著名的薛定諤方程，儘管這世上沒幾個人能看懂，我還是覺得將這幾個高大上的方程式貼出來是件很有面子的事情：

（薛定諤方程組）

1926年，薛定諤通過二階線性偏微分方程組確立了量子波動力學，也一舉奠定了自己在量子力學中領導者之一的地位。

薛定諤與玻爾的“對決”

同年9月，玻爾邀請薛定諤去哥本哈根講學，這本來是件愉快的事，但薛定諤卻並不快樂，他從下了火車就開始跟玻爾“吵架”，一直吵到玻爾家裡，住在玻爾的家裡他倆天天吵，每天從早上起床就開始吵，一直吵到深夜。

本來是去做客的，這兩個科學家為啥吵起來了呢？為了學術。前面說了薛定諤創立了量子波動力學，他堅定地認為量子力學具有波函數的性質，它應該是連續的。但玻爾卻認為量子存在非連續性的躍遷，並且由於“隱變量”的關係，這種躍遷是不可測量的，在你測量它之前永遠不知道到底是個什麼狀態，而一旦你開始測量，它就崩潰了。這一點顯然是在挑戰波函數的連續性，對於持經典力學觀點的薛定諤無論如何也難以接受的。

（玻爾和他的妻子）

就這樣吵了幾天之後，薛定諤病倒在玻爾家裡，玻爾的妻子一邊給他端水遞藥，玻爾還在一旁不停地解釋，試圖說服薛定諤。你說他這是去講學呢，還是去洗腦？

當薛定諤回到家後，也許是出於對玻爾老婆照顧的感激，他不再激烈反對“不確定性原理”，但對於哥本哈根派的隱變量解釋卻始終持批判態度。薛定諤與愛因斯坦聯合起來共同對抗玻爾和海森堡的哥本哈根學派，直到炮製出“薛定諤的貓”。

（被玻爾“聊倒”的薛定諤）

“薛定諤的貓”實驗中，假設了兩個要素：一是由核衰變釋放粒子控制的電子開關和毒藥，另一個是不知死活的貓。薛定諤希望利用這個思想實驗中的不確定條件暗諷哥本哈根學派“隱變量”的不確定性，從而指出這是一個悖論。因為實驗中的貓除了“死”與“活”兩種狀態外，還有一個“不死不活”的狀態，因為你永遠不能確定它的死活。而量子現象恰恰會處於某種混沌的狀態，你不能預測它，這讓薛定諤這樣的科學家很惱火。

（薛定諤和他的貓）

愛因斯坦也一樣，那個“上帝不會擲色子”就是愛因斯坦面對量子現象不確定性問題時的錯愕與憤怒。他聽懂了量子理論，但不能接受這種解釋。愛因斯坦喜歡薛定諤方程及波函數的確定性，他至死都不認可還有“不死也不活狀態”的貓。

思想實驗

最後說一說思想實驗。與今天的物理學家們嚴重依賴價值數百億美元的強子對撞機不同，十九、二十世紀的科學家們大量採用的是思想實驗，他們在頭腦中構築起思想機器、用精密的邏輯和思維來驅動微觀粒子、用美妙的數學來計算、用簡潔優美的公式來告訴人們結論。當愛因斯坦還是瑞士伯爾尼專利局的小職員時，他根本沒有條件去測量天體，但他卻通過思想實驗創立狹義相對論與廣義相對論。同樣的，薛定諤也用他精確的方程組創立了量子力學的半壁江山。

（那個時代的科學巨匠們）

對於科學，科學家們一直在不停地探索，而我們這些吃瓜群眾要做的，不僅是認可他們的工作，還應該學會以科學的態度去看待科學。即便是質疑，你也應提出自己的觀點，將它拿出來討論，就像薛定諤做的那樣。

質疑決不是沒頭沒腦地來一句：“你這是胡扯！”然後拍屁股走人。

當然，你需要有知識。

老粥科普

不是有技術難度，而是這個實驗根本沒辦法做。

把一隻貓關到盒子裡，內部設置一個由物質衰變觸發的毒藥裝置，在一個週期內，衰變物質有二分之一的幾率衰變，如果衰變，就會觸發裝置，毒藥釋放毒死這隻貓，如果沒有衰變，那這隻貓就會活下來。那麼在盒子關上之後，貓究竟是死是活？這就是薛定諤的貓實驗。

薛定諤認為，在盒子沒有打開之前，這隻貓的生死無法確定，所以說它既沒有"死"也沒有"活"，而是處於生和死的疊加態，但當盒子打開的一瞬間，這種疊加態就塌縮成一種狀態，要麼死，要麼活。怎麼樣？有沒有感覺很繞？

薛定諤的貓，究其本質，不在這個實驗，而是為了通過這樣一個假說來說明微觀世界的一種疊加的狀態，注意是微觀，而一隻貓很顯然是宏觀的，所以這個實驗即便做了也沒什麼意義。此外，如果我們不觀察內部，我們無法確定貓的狀態，但如果我們觀察了內部，不管以何種方式獲得內部真實情況，那隻貓的生死都會瞬間塌縮到一個狀態，那這個實驗又有什麼意義呢？

所以薛定諤的貓這個實驗註定只能成為一個人類認識微觀世界的宏觀橋樑，這個實驗根本沒有辦法做，不管過去現在還是將來，都沒辦法通過這個實驗獲得理想的結果。畢竟這個實驗根本不符合現有規律，我們根本無法觀察。

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張家小智兒

實話說，我剛開始連薛定鍔的貓這個實驗是什麼都不知道。最後我查了一下資料，才知道這個實驗的原理，薛定鄂的貓被稱為物理界的四大神獸之一，可想其難度也是非常高的，這個實驗是一個思維實驗，當初薛定鄂制定這個實驗的時候，打算拿一隻貓做實驗體。所以這個實驗被稱為薛定鄂的貓。

實驗的大概過程是，在一個密閉的盒子裡放上幾個物品，一隻貓，一瓶毒藥，一個敲擊物，一個電子開關，還有一些放射性物質，這個實驗的主要目的是為了證明元素衰變後會產生阿爾法粒子，觸碰開關，打碎毒藥，最後貓死去，但是大家都應該知道微觀量子的變化是很難改變這個宏觀世界的，對吧。所以說這個實驗的成功率是很低的，也可以說是幾乎不可能，這個實驗徹頭徹尾就是一個思想實驗，只能在理論上可行。

我個人認為這個實驗應該是能完成的，只是難度比較大，我講的這些只是最基礎的原理而已，再往後更深層次的理解，我是肯定不會的，但是我認為微觀粒子應該也是能改變這個宏觀世界的，只是改變的量很小，小到你觀測不到。大部分人都無法成功，是因為理解不了，再加上觀測不到，所以也就少有人做了。

諸葛半仙兒

物理學界裡，一個最神秘的躲貓貓遊戲——薛定諤的貓，是量子力學中最出名的一個思想實驗。本質上來說，它連思想實驗都算不上，更像發源於古希臘時期的一種詭辯論，所以也就沒人會去做這樣一個實驗。

為什麼科學家會無聊到去提出這麼一個連實驗都算不上的詭辯論？

回答這個問題，或多或少都需要了解一點關於量子力學的發展史。

量子的概念最早源於普朗克。1900年，為了解釋黑體輻射，普朗克發現了我們這個宇宙最小的能量——6.62607015×10^（-34） J·s。世界上所有的能量都是以這個最小能量的整數倍來傳遞的，而這一份一份的能量就是量子。

1905年，愛因斯坦把量子的概念運用於光電效應的解釋，提出光量子即光子概念。1916年，愛因斯坦正式確定了光子的波粒二象性。1924年，德布羅意在其博士論文中，將實物粒子與光子進行驚人類比，提出了實物粒子也具有波粒二象性。

“萬物即波”的概念提出引起了學界震動。實實在在的物質怎麼會具有波動性？

薛定諤從德布羅意的“物質波”得到了啟示，開始思考：如果物質真有自己的波動性，那是不是也有描述其性質的波動方程？於是，1926年量子力學第一個最著名的波動方程——薛定諤方程——橫空出世。雖然薛定諤創造了這個方程，但對其求解的物理意義並不清晰。

後來，量子力學的另一個奠基人玻恩，對薛定諤方程做出了一個顛覆認知的概率解釋——薛定諤方程的解是描述實物粒子出現的概率。這裡說的概率與我們日常說的幾率是完全不同的概念，前者是物理學界從未引入的不確定性，後者只是一種統計學。

就僅憑這一解釋，玻恩就獲得了1954年的諾貝爾物理學獎，最後被併入量子力學正統的“哥本哈根解釋”。

哥本哈根解釋

1、玻恩的波函數概率解釋：波函數計算的是一種概率波，其解代表在某個位置找到某個粒子的概率，觀察測量也只能預測得到某一結果的概率，而不能預測一定會得到什麼結果。

2、海森堡的不確定原理：有一些成對物理量存在共軛關係，它們無法同時被精準測出，一個越確定另一個必定越不確定。比如速度與位置、時間與能量……

3、玻爾的互補原理：一些物理對象存在看似矛盾的多重屬性，原則上不可能用同一種方法同時看見其多種屬性，不同的屬性只能以不同的方法進行觀察。

4、玻爾的對應原理：從微觀尺度上的量子規則中推導出來的結論，不能違反宏觀上的觀察結果，且在宏觀尺度上經典物理學規則依然有效。也就是說，隨著量子數量的增加，量子體系的運動趨向經典力學體系，量子物理定律和方程可以轉化為經典物理定律及方程。

5、疊加態原理：如果A和B是某個粒子的兩種狀態，那麼A+B就是這個粒子的第三種狀態，並同時具有A\\B的特徵。

6、波函數坍縮：在對微觀粒子的兩次測量之間，除了概率波函數以外，量子力學宣稱微觀粒子不存在，只存在各種可能的狀態。只有進行觀察或測量後，微觀粒子的“可能”狀態才能坍縮為實際的“確定”狀態。

“哥本哈根解釋”源於以尼爾斯·玻爾為首的哥本哈根學派，它把世界的客觀實在建立在了巨大的不確定性之上，因此稱為一種“概率論”，而薛定諤屬於以愛因斯坦為首的傳統“決定論”。

“哥本哈根解釋”被認為是量子力學的正統解釋，主要還是在相對靠譜的基礎上打破了經典的決定論認知。這是對世界認識上的一個突破，但它的缺陷在於如“大雜燴”一般的描述，讓人感覺並沒有抓住量子力學的核心，而物理學一向喜歡擲地有聲的簡潔描述。因此，愛因斯坦認為哥本哈根學派的量子描述並不完備。

薛定諤貓的邏輯漏洞

為了表達對“概率論”的不滿，薛定諤將愛因斯坦還不成熟的“不確定炸彈”的思想實驗（即在一個封閉的盒子裡，一個以元素衰變引爆的炸彈，可能爆炸了也可能沒爆炸），發展成為了一個更高階的生物版本——薛定諤的貓。

這貓簡直太出名了，就不具體描述了。

“薛定諤的貓”主要是為了抨擊哥本哈根學派對“

就如上面疊加原理所說，疊加態是一種非A非B，又同時具有A\\B特徵的第三種狀態，而又有什麼能比“生死疊加”更具故事性。

但實際上“薛定諤貓”思想實驗是存在漏洞的。

首先，生物的“生死”概念已經上升到宏觀層面，是無法以微觀量子法則來判定的。這種強制關聯其實與“玻爾的對應原則”矛盾；

其次，“波函數坍縮”所描述的觀察，並不是指靠人眼觀測，一切宏觀物質的介入都可以認為是已觀測，比如薛定諤貓盒子中判定元素是否衰變的毒氣裝置。

這些漏洞，物理學家們當然都知道，但不妨礙他們開這種高逼格的玩笑。薛定諤的貓將微觀世界與宏觀世界在人們意識中聯繫了起來，讓普通人也能感受到量子法則的反常，同時也引起了大眾的興趣，這對當時剛剛興起的量子力學來說，不可謂不是一項大師級的量子科普案例。就像20世紀天文學家珀西瓦爾·洛瓦爾的火星觀——即便後來認定的錯誤的，激發了那個年代最狂熱的宇宙探索熱潮，以及《星球大戰》等一批科幻大片的橫空出世。

總結

要做薛定諤貓的實驗，要克服的不是技術難度，而是對世界理解的全新認知。

它的本質並不是一個實驗，更像是物理學家之間的理念論道，內行看門道，外行看熱鬧罷了。對薛定諤個人來說，只是表達了他對概率論的不滿；而對量子力學來說，這是一個大師級的經典科普傳播案例。

最後，要檢驗量子力學的“疊加態”最好的實驗並不是薛定諤貓，而是偏振光實驗。即將自然光通過偏振片時，可分解為兩個相互垂直的振動分量。單個光子在沒通過偏振片時是無法確認其偏振方向的，或者說它存於所有偏振方向的疊加態。這是已確定了的關於光子的事實。

這裡觀察光子的是偏振片，而不是人的主觀意識。雖然你也可以以人的主觀意識來理解，而這正是大多數人產生爭論的焦點之一。

其實量子的鬼魅屬性並不是人類意識的產物，但關於量子描述的語言確實是人類意識的產物。我們無法經驗到那個微觀世界，也只能用比喻或者類比的方式來描述，即使物理學家也不例外，不過他們交流的方式大多是數學公式而已。

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想法捕手

我來個最通俗易懂的回答，看官一看便知。

薛定諤的貓，為什麼沒辦法做，最大的原因使不能觀測，一旦你打開盒子看了，那麼糾纏狀態會瞬間坍塌決定貓的生死。

要理解這半生不死的糾纏狀態，你要先理解什麼是雙縫實驗，有興趣的可以頭條搜一搜，有一部動畫講解特別容易懂。那麼接下來我來舉個例子說明為啥這實驗沒法做。

假設現在有一雙鞋，兩隻分別放在南北極。當我們去南極觀察，是左腳，那麼不用去北極也知道北極那隻一定是右腳。同理，我們去北極一看，左腳，那麼不用去南極也知道那邊一定是右腳。。那麼在我們還沒有觀察的時候，是不是不管是南極還是北極的鞋都有兩種狀態，不是左腳就是右腳，都是1/2的幾率。這種狀態就叫疊加態，一旦我們觀測了，疊加態就會瞬間坍塌確定了兩邊的結果。

在薛定諤的貓中，貓與放射物的關係就相當於南北極的那雙鞋，貓的生死決定了放射物是否衰變，反之同理。那麼如果證明放射物處於疊加態，那麼這個貓就應該是在生與死之間徘徊的那隻半生不死的貓。

這個思想實驗本來就是薛定諤的經典物理學派提出來調侃哥本哈根學派的。大致意思就是“你們這群騙子，搞不出來就搞不出來，給我搞個這也不確定，那也不確定，還堂而皇之的給起個名字叫啥疊加態。行啊，你不是要我承認疊加態嘛，你給我去吧這貓找來，找的來我就承認。”其結果就是那隻不死不活的貓就像是像惡夢一樣讓物理學家們至今不得安寧。隨著量子物理學的發展，薛定諤的貓還延伸出了平行宇宙等物理問題和哲學爭議。

簡單來說一句話，薛定諤的貓，為什麼沒法實驗。因為它違反了人類的正常思維邏輯，在宏觀世界中是不可能發生的事，所以沒辦法實驗。

懶貓強

為什麼少有人做“薛定諤的貓”這個實驗，是有技術難度嗎？

首先說明一下，“薛定諤的貓”不是真正的實驗，因此沒有證明任何東西。薛定諤的貓甚至不屬於任何科學理論，薛定諤的貓只是薛定諤用來說明某些人如何誤解量子理論的教學工具。

薛定諤用貓構造了他的假想實驗，以證明對量子理論的簡單誤解會導致荒謬的結果，與現實世界不符。不幸的是，當今許多科學普及者都接受了薛定諤貓的荒誕說法，並認為這是世界真正的運作方式。

圖注:“薛定諤的貓”實驗原理圖

提出“薛定諤的貓”的歷史背景

在量子理論中，量子粒子的狀態可以以疊加的形式存在，並且在與其他粒子相互作用時會塌陷為單個狀態。量子理論是在1930年左右發展起來的，一些科學家從科學領域轉移到了哲學領域，並指出當有意識的觀察者觀察量子粒子時，量子粒子就會從疊加態坍塌到一個狀態。薛定諤發現這個概念是荒謬的，並設計了他的思想實驗，以使這種荒謬的說法變得更加的明顯。

“薛定諤的貓”講的是什麼

在薛定諤的假想實驗中，將一隻貓放在裝有少量放射性物質的盒子裡。當放射性物質發生衰變時，它會觸發一個控制開關，這將導致盒子裡的毒藥被釋放，從而殺死盒子裡的貓。然而，放射性物質的衰變受量子力學定律支配，這意味著原子以“即將衰變”和“不會衰變”的疊加態存在。

圖注:波函數

如果放射性物質發生衰變，那麼它將釋放毒藥並殺死貓。如果沒有，那麼這隻貓還活著。 因為我們不知道貓是活著還是死了，所以貓被認為是以既活著又死了的狀態同時存在著，直到有人打開箱子，看到貓的狀態是什麼。有人就很好奇，怎麼會存在既活著又已經死了的貓呢？薛定諤正是通過這種荒謬的結論來告訴一些人是如何誤解量子理論的，因為世界上不可能存在既死了又活著的貓。

“薛定諤的貓”的荒謬之處

愛因斯坦也對觀察者會影響量子狀態的說法提出了自己的疑問，並對薛定諤的巧妙構想表示祝賀，他說： “在這種放射性物質+控制開關+毒藥+貓的系統中，如果存在著同時活著和死亡的貓。那麼僅當物理學家在某個確定的時間打開盒子時，貓的狀態才被確定嗎？如果貓死了，那貓是什麼時候死的呢？難道是打開的一瞬間嗎？”。

圖注:證明量子存在疊加態的雙縫干涉實驗

從那時起，已經有足夠的證據表明波函數的坍塌並不是僅由有意識的觀察者驅動的。實際上，量子粒子進行的每一次相互作用都會破壞其狀態。仔細的分析表明，“薛定諤的貓”實驗將在宏觀世界中發揮如下作用：一旦放射性原子與控制開關相互作用，它就會從未衰變和衰變的疊加狀態塌陷到一個確定的狀態。如果放射性物質發生了衰變，那麼絕對會觸發控制開關，並且肯定會殺死貓。如果放射性物質沒有衰變，那麼絕對不會觸發控制開關，並且貓肯定還活著，但是這兩種情況不可能同時發生。

圖注:實驗中的貓只可能存在一種狀態

總而言之，量子坍塌不僅是由有意識的觀察者驅動的，“薛定諤的貓”僅僅是一種教學工具，旨在通過將觀察者驅動的概念簡化為荒謬來使這一事實更加明顯。不幸的是，當今的許多科普作家繼續傳播這樣的一種誤解，即量子狀態是由有意識的觀察者確定的，希望這篇文章能夠讓大家今後對“薛定諤的貓”有一個正確的認識。

我是科普子期君，期待你的評論、轉發哦！

科普子期君

霍金說過，誰要是跟我提薛定諤的貓，我就去拿槍！題主還想做個實驗，本貓的槍呢？

既然題主這麼好學，在我找到槍之前，我先說一段關於這隻物理世界最著名貓的前世今生吧。

薛定諤的貓的前世

量子力學的奠基人之一，本來是大名鼎鼎的愛因斯坦，1905年的光量子概念以及相對論一出，物理界自“兩朵烏雲”後的愁雲慘霧本來大有機會煙消雲散；斜刺裡卻殺出了以不確定（海森堡的不確定性原理）、大概吧（波恩的概率解釋）、都湊合（玻爾的“互補原理”）形成量子力學核心解釋。把科學的區域性以及絕對性打得粉碎。曾將宇宙萬物過去未來都算出精確結果的物理學界，突然連個電子的精確位置都算不下去了！簡直斯文掃地。

愛因斯坦和薛定諤實在看不下去，決定下場死磕。愛因斯坦擲出了上帝的骰子，而薛定諤則放出了這隻擾動科學界的貓。

愛因斯坦這茬我們略過，今天我們專注於薛定諤的貓。

薛定諤的貓長啥樣

這是個老話題了，先上圖：

我再給同學複習一次：現在有一個小盒子裝有放射性源，設其半衰期為一個小時，即一小時後有一半概率放射出一個粒子，根據量子力學疊加原理，一小時後空間將處於有一個粒子（記為|1⟩），和沒粒子（記為|0⟩）的疊加態|ψ⟩=12√(|0⟩+|1⟩)。盒子連接著一個機關，機關控制一個裝有致命毒氣的瓶子。

如果有粒子，盒子的機關會被打開，鐵錘將落下，打破裝有毒氣的瓶子，毒氣會將密封於籠子裡的貓毒死，如果小盒子未放出粒子，則一切如常，貓將活下來。那麼，一個小時後，這隻貓究竟是活的還是死的？

按照哥本哈根的量子態疊加原理解釋，在我們觀察之前，貓處於半死不活的疊加態；這便是困擾物理學界超過80年的魔獸—— “薛定諤的貓”。

插句題外話，薛定諤可不是動物學家，人家的薛定諤方程在物理界是排前十的偉大，就是他的死對頭量子派，也是給予極度認可的，照料上個圖，大家瞻仰瞻仰：

薛定諤的貓今生

此貓一入塵世之間，世人皆驚愕莫名！現實生活中，貓要麼死，要麼活，從來沒聽說過生死不明狀態的貓存在。其實，同學們不要被薛定諤迷住眼睛，貓不是重點，死和活兩種確定的狀態才是。

這裡的關鍵詞是可以區分的死或活兩種狀態，可以是貓，也可以是任何其他客觀事物，推而廣之，微觀世界量子尺度的疊加態，能否直接引申到宏觀世界中，和客觀事物發生直接的作用，並且被觀測記錄到，這個才是薛定諤的貓實驗的本質。

簡單的表述——人們能否製作宏觀可區分的量子態！

如何進行薛定諤的貓實驗？

回答這個問題，其實就是回答題主的疑問，如何製作一個宏觀可區分的量子態的實驗。

按照目前的科學技術發展水平，中國的大牛們還是有辦法的。

根據郭光燦院士的說法，《量子光學》中的相干態|α⟩，是最接近於經典的量子態。理想的激光就是相干態，而且當其平均光子數很大時，相干態的量子效應便可忽略不計，可被視為經典電磁波。根據這個原理，採用相位差為π的兩個相干態的疊加可以作為模擬“薛定諤的貓”的方案。

這類方案已被實驗所驗證，最先是在原子尺度上製備出“薛定諤的貓”，其後在宏觀尺度上也取得了成功。

結語

人造的薛定諤的貓，其實就是人造的量子系統，往深了說，這就是量子計算機原理的基礎。

如果在這方面，可以取得突破的話，未來世界，將會發生有一次重大的革命！

薛定諤的貓，原來

貓先生內涵科普

“薛定諤的貓”誕生於愛因斯坦學派對哥本哈根學派的量子力學中的“疊加態”進行的一次攻擊，是奧地利物理學家薛定諤在1935年提出的一種思想實驗。

在上世紀初，量子力學還處於初期的發展階段，被分為了兩大派，

而另一方是以波爾為首支持的海森堡測不準原理，他們則認為微觀世界與宏觀世界是不一樣上，微觀世界是存在不確定性的，於是這兩派便開始了世紀之戰。

於是薛定諤提出“薛定諤的貓”這個實驗來反駁量子力學哥本哈根學派的理論。

其內容就是在一個封閉的盒子裡放一隻貓，和一個裝滿毒氣的裝置，裝置開啟的機會概率有50%，如果要開啟的話，那麼裝置內的毒氣就會散發出來毒死這隻盒子裡的貓，反之，則貓不死，這個裝置是個“隨機”的，其原理就是放射性元素的半衰期是具有不可預測性的。

裝置的機關由一個放射性原子所控制的，如果這個放射性原子裂變就會觸發機關。

這個實驗說明了全宇宙內的任何事物都具有無法觀察和計算到的隨機性，根據隨機數的結果發現有50%的概率將毒氣釋放。

這個時候誰都不知道盒子裡的貓，是活還是死。如果要用薛定諤方程來描述這個盒子裡的貓，那就是在一定的前提條件下，在盒子封閉起來的時候，貓是處於一種死或者活的疊加態，只有在揭開蓋子的時候才能知道貓到底是死還是是活。

量子理論認為，不揭開蓋進行觀察的話，是永遠也不知道貓是死是活，這隻貓將永遠處於半死不活的疊加態，這更加說明了微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理，客觀規律是不會以人的意志轉移的，貓又活又死這就違背了我們平時的邏輯思維。

開頭我們也說了這是一個思想實驗，只是用來反駁哥本哈根學派的一個思想理論，並不屬於科學範圍的，所以自然是少有人去做這個實驗的。

再說，這個實驗違背了我們平時的邏輯思維，不管如何也只是一種頭腦風暴。

星球上的科學

“薛定諤的貓”只是一個思想實驗，所謂思想實驗，其實大多都是做不到的實驗。

薛定諤的貓

薛定諤的貓其實是薛定諤用來反駁量子力學哥本哈根學派的一個思想實驗。他的目的並不是想要真的去做這麼一個實驗，也沒有辦法作者實驗。事實上，他想闡述的是一個悖論。

這個思想實驗大概的過程是這樣的，把一直貓管制啊一個封閉的鐵容器裡，然後裝備一個內置了極少量放射性物質的蓋革計數器，在一個小時內，放射性物質至少有一個原子會發生衰變的概率是50%。如果發生了衰變，蓋革計數管就會放電，通過繼電器啟動一個榔頭，這個榔頭會打破裝有氰化氫（劇毒）的燒瓶，這樣貓就會死亡。

把一隻貓關在一個封閉的鐵容器裡面，並且裝置以下儀器（注意必須確保這儀器不被容器中的貓直接干擾）：在一臺蓋革計數器內置入極少量放射性物質，在一小時內，這個放射性物質至少有一個原子衰變的概率為50%，它沒有任何原子衰變的概率也同樣為50%；假若衰變事件發生了，則蓋革計數管會放電，通過繼電器啟動一個榔頭，榔頭會打破裝有氰化氫的燒瓶。經過一小時以後，假若沒有發生衰變事件，則貓仍舊存活；否則發生衰變，氰化氫就會揮發，導致貓隨即死亡。

如果沒有發生衰變，則貓不會死亡。所以，貓會處於又活又死的疊加態。但宏觀物體並不存在這樣的狀態，所以就會引發悖論。

思想實驗的目的

通過這個思想實驗，薛定諤把量子力學的哥本哈根詮釋轉換成了宏觀物體之間問題，在這個思想是嚴厲，由於先前發生的隨機事件，導致貓會處於生存與死亡的疊加態。

用貓來作為實驗主體，也體現了薛定諤對於哥本哈根學派的諷刺。

量子力學的論戰

其實“薛定諤的貓”其實是20世紀量子力學大論戰的一個縮影。以波爾、海森堡為首的哥本哈根學派與愛因斯坦、薛定諤等人為首的反哥本哈根學派進行了非常激烈的論戰。其中量子糾纏的現象更是和愛因斯坦的相對論直接矛盾。

而這場論戰其實主要焦點就在於波函數到底是連續的還是非連續的，原子的世界是確定性的還是不確定性的。

而為了解釋“薛定諤的貓”，除了哥本哈根學派的理論之外，還有我們經常聊到的平行世界假說。

鍾銘聊科學

答：“薛定諤的貓”是量子力學的一個思想實驗，實際可以做實驗，但是無法觀測到“貓死”和“活”的疊加；如果把貓換成其他微觀粒子，科學家是可以製備薛定諤貓態的，也有不少實驗室完成過類似的實驗。

大名鼎鼎的“薛定諤的貓”，已經摺騰了科學界80多年，可以說人類對量子力學的理解還遠遠不夠，就連物理學家費恩曼也說到：”我想我可以有把握地說，沒有人真正理解量子力學。”

薛定諤的貓是奧地利物理學家薛定諤，在1935年提出的量子力學思想實驗，實驗內容：一個封閉盒子內有一隻貓，以及少量放射性物質，一段時間後，有50%的概率放射性物質會發生衰變，然後通過巧妙的物理裝置釋放出毒氣殺死這隻貓，同時有50%的概率放射性物質不會衰變，從而貓活了下來。那麼問題在於，我們在沒有打開箱子前，貓是死的還是活的?

第一眼看到這個問題時，很多人肯定會想“提問的人有毛病吧！是死是活打開不就知道了，沒打開前就是一個概率問題。”

如果我們在經典力學中思考這個問題，那麼質疑者完全是正確的，沒打開盒子前貓的死活就是一個概率問題；然而一旦把這個問題放在量子力學中考慮，結果就會變得撲朔迷離。

根據量子力學根本哈根學派的解釋：由於物質衰變是一個量子隨機的過程，所以在沒打開盒子前，整個系統就處於不確定性的波態，貓的死與活是疊加的，需要注意的是，量子力學描述貓的死與活疊加並非一個數學描述，而是要求物理情景就是"貓死"與“貓活”的疊加，一隻不死不活的貓，換做是誰也接受不了。

薛定諤的貓只是量子力學中怪異結論的一個，這個問題直指量子力學和經典力學的邊界性，量子力學在微觀獲得了巨大的成功，但是宏觀世界的解釋還得靠經典力學，那麼兩者的邊界到底在哪裡呢?

"薛定諤的貓"實驗是無法實際完成的，因為我們不可能同時觀測到貓死與貓活兩個狀態，但是在微觀世界當中，確實有科學家制備了“薛定的貓態”，也就是疊加態。

比如在2016年，《科學》雜誌發表一篇文章，稱美國耶魯大學的一名科學家，首次實現了一種雙模式的貓態，實驗者利用兩個微波超導空腔，空腔內有幾十個光子組成駐波，然後通過巧妙的方法，把兩個空腔內的光子實現關聯，這些光子就如一隻“薛定諤的貓”同時存在於兩個箱子當中。

在2019年1月23日，浙江大學和中國科學技術大學的研究人員聯合中美多個研究團隊，首次在人工量子系統中合成了反對稱自旋交換作用，從而實現了“薛定諤貓態”的製備，也就是疊加態的製備，目前量子計算機的技術瓶頸，也就是對疊加態的製備和操控。

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關鍵字: 薛定諤 故事 科學